Получение пп р-типа

Если в кристаллическую решетку кремния ввести атом трехвалентного бора (В), то три электрона бора образуют ковалентные связи с тремя из четырех соседних атомов кремния. Одна из ковалентных связей остается незаполненной.

Для образования четвертой ковалентной связи бор забирает электрон у полупроводника: О.Н. – дырки, Н.Н. – электроны. Таким образом получаем полупроводник с преобладанием дырочной проводимости. Примеси, которые при возбуждении способны захватить электрон из валентной зоны называются «акцепторными».

Электронно-дырочный переход

Электронно-дырочным переходом (ЭДП) называется граница между двумя областями полупроводника, одна из которых имеет электропроводность p-типа, а другая n-типа.

Идеальный ЭДП осуществляется в монокристалле, в котором тем или иным способом получена резкая граница между р и n областями. Рассмотрим процессы в плоскостном р-n переходе (рисунок 5).

Рисунок 5 – Плоскостной р-n переход

Плоскостным называется переход, у которого линейные размеры, определяющие площадь перехода намного превышают его толщину.

В р-n переходе имеется большая концентрация носителей заряда каждого знака. Под действием разной концентрации носители заряда перемещаются из области с высокой концентрацией в область с пониженной концентрацией. Дырки из р в n - область, а электроны из n в р - область.

Эти потоки носителей заряда образуют диффузионный ток р-n перехода.

В результате диффузии в прилегающем к контакту слое р-области образуется отрицательный пространственный заряд. В прилегающем к контакту n - слое образуется положительный пространственный заряд.

Таким образом, вблизи контакта областей с различными типами электропроводности возникает двойной слой пространственного заряда. Пространственные заряды создают электрическое поле р-n перехода, напряженность которого препятствует диффузии основных носителей через р-n переход. В то же время неосновные носители каждой из областей могут беспрепятственно переходить через переход, создавая дрейфовый ток.

Перепад потенциала в р-n переходе называют потенциальным барьером или контактной разностью потенциалов.

Свойства р-n перехода

(см. рис. 6) .

Рисунок 6 – Распределение потенциала вблизи p-n перехода

Прямое включение p-n перехода – это такое включение, при котором полярность внешнего источника питания совпадает с полярностью основных носителей заряда p-n перехода (к р- области подключается «плюс» источника напряжения, а n - области «минус»).

Поля Eк и Eпр направлены встречно (рисунок 7а).

Рисунок 7а – Прямое включение p-n перехода

Свойства p-n перехода при прямом включении: величина потенциального барьера уменьшится, сопротивление перехода снизится, а ток возрастет. Ток, образованный основными носителями будем называть прямым I_пр.

Обратное включение p-n перехода – это такое включение, при котором полярность внешнего источника питания не совпадает с полярностью основных носителей заряда p-n перехода (к р- области подключается «минус» источника напряжения, а n – области «плюс»).

Поля E_к и E_обр направлены в одну сторону (рисунок 7б).

Рисунок 7б – Обратное включение p-n перехода

Свойства p-n перехода при обратном включении: величина потенциального барьера увеличивается, сопротивление перехода возрастет, а ток уменьшается. Ток, образованный неосновными носителями, будем называть обратным Iобр.

Таким образом, сопротивление р-n перехода при одном направлении тока больше, чем при другом.

Свойство пропускать электрический ток лишь в одном направлении называется односторонней проводимостью.

ВАХ Р-N ПЕРЕХОДА

Вольт-амперная характеристика (ВАХ) – это графическая зависимость между протекающими токами и приложенными напряжениями (рисунок 8).

I – Начальный криволинейный участок вызван наличием потенциального барьера. При дальнейшем увеличении U_пр потенциальный барьер полностью компенсируется и зависимость I_пр от U_пр становится практической линейной.

II – При обратном включении р-n перехода I_обр незначительно увеличивается и затем с увеличением U_обр остается практически неизменным из-за большого потенциального барьера.

Основным недостатком всех полупроводниковых приборов является зависимость их параметров от температуры. С увеличением температуры увеличивается концентрация носителей зарядов и проводимость перехода растет. Сильно увеличивается обратный ток. При увеличении температуры ранее наступает электрический пробой.

Рисунок 8 – ВАХ р-n перехода для двух температур